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滑动轴承损伤的类型和失效的原因

作者:天津金百联机电              发表时间:2011-07-11

滑动轴承损伤的类型:1.刮伤(二体磨粒磨损) 与轴径一起运动的硬颗粒与摩擦表面接触,这是颗粒与金属表面的接触应力较低,它们在轴瓦表面上划出线状伤痕;半嵌入轴瓦表面的硬颗粒在轴径表面上也会划出线状伤痕,均称为刮伤。刮伤属二体磨粒磨损,线状伤痕的方向与轴径运动方向一致。 润滑油膜破裂,轴径表面的轮毂峰也将会刮伤轴瓦,出现许多线状伤痕,它也是二体磨粒磨损。 硬颗粒嵌入轴瓦表面又脱落,造成点状伤痕的刮伤。 上述的颗粒多半是铁末和砂粒。 刮伤导致摩擦副表面粗糙化,从而降低了润滑油膜的承载能力,并且会形成新的可以刮伤摩擦表面的硬颗粒和轮毂峰,造成恶性循环。 2.(三体)磨粒磨损 进入轴承间隙的较小硬颗粒,游移于两摩擦表面之间,在摩擦表面上产生极高的接触应力,构成三体磨粒磨损,类似于研磨作用,使轴瓦和轴径表面磨损。硬颗粒与摩擦表面之间的高接触应力使韧性金属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳损伤,使脆性金属的摩擦表面出现脆裂或剥落。 磨粒磨损的伤痕也是线状的,方向也与轴径运动方向一致。 当出现边缘接触、缺少润滑油或油膜破裂等情况将会产生剧烈的磨粒磨损。磨粒磨损将导致轴径和(或)轴瓦几何尺寸与形状改变、精度丧失、轴承间隙加大,使滑动轴承性能在预期寿命前急剧劣化。 3.咬粘(胶合) 在润滑油膜破裂或缺油的状态下,大的摩擦因数导致产生大量的摩擦热,轴承温度升高。在高温下,一个摩擦表面的低熔点金属因软化而粘附在另一摩擦表面上,随着轴径旋转运动形成的剪切作用,粘连的金属从原表面脱离,转移到另一摩擦表面,造成摩擦表面明显的凹坑和凸起状伤痕。这种损伤属粘着磨损。 出现咬粘时,摩擦急剧增大,轴承温度进一步升高,形成恶性循环。当粘附严重,轴径转动的动力不再能剪切开粘结点时,将使轴径运动终止,俗称“抱轴”,轴承彻底损坏。 4.疲劳磨损 疲劳磨损又称疲劳损伤。在循环载荷的反复作用下,在与滑动方向垂直的方向上,摩擦表面出现疲劳裂纹,裂纹垂直于轴瓦表面向深处发展,到衬层与衬背结合面,转至与摩擦表面平行延伸,最后材料从摩擦表面被剥落下来,造成凹坑状损伤。 5.剥离 制造轴瓦时,若衬层与衬背结合力不足或结合不良,在轴承运转过程中,在载荷的作用下,局部衬层的材料将从轴瓦上被剥离下来。剥离与疲劳剥落有些相似,但疲劳剥落凹坑周边不规则,结合不良造成的剥离凹坑周边比较光滑。 6.腐蚀 润滑油在使用过程中不断氧化,氧化时常产生弱的有机酸,它对轴承材料特别是铸造铜铅合金的铅有腐蚀性,其特征是铅呈点状脱落,使表面变粗糙。 强的无机酸更易腐蚀钢制轴颈表面。 锡基轴承合金中的锡被氧化后,在轴瓦表面形成一层有SnO2和SnO组成的黑色硬覆盖层,硬度在200~600HS范围内。这一覆盖层对轴承极为有害,它很硬,能刮伤轴颈表面,并使轴承间隙变小。 7.侵蚀 (1)气蚀 气蚀是固体表面与液体接触并作相对运动时所产生的表面损伤形式。 当润滑油在油膜低压区时,油中会形成气泡,气泡运动到高压区后,在压力作用下气泡溃灭,在溃灭的瞬间产生极大的冲击力和高的温度,固体表面在这冲击力的反复作用下,材料发生疲劳脱落,使摩擦表面出现小凹坑,进而发展成海绵状伤痕。 重载、高速,且载荷和速度变化较大的滑动轴承中,常发生气蚀。 (2)流体侵蚀 流体激烈地冲击固体表面会造成流体侵蚀,使固体表面上出现点状伤痕,这种损伤的表面较光滑。 (3)电侵蚀 由于电机或电器漏电,在摩擦表面间产生电火花,在摩擦表面上造成点状伤痕,其特征是损伤往复出现在较硬的轴颈表面上。 8.微动磨损 在衬层与衬背,轴瓦与轴承座的结合面上,由于金属表面间的微振动(滑移)和氧化的联合作用,形成粘着磨损、氧化(腐蚀)磨损和磨粒磨损3种形式的复合磨损,称为微动磨损,它将在结合面上造成点状伤痕。滑动轴承失效的原因:1.材料与毛坯制造因素 (1)衬层与衬背结合不良 这是浇铸锡基或铅基轴承合金衬层的滑动轴承的主要问题。良好的结合可增强锡基和铅基轴承合金并有助于轴瓦表面的散热。为了结合良好,浇铸锡基和铅基轴承合金前必须在衬背结合面上挂锡,严格控制衬背和轴承合金的温度。 当轴瓦尺寸允许时,用锡浴法挂锡,纯锡浴的锡液温度应保持在280~300℃,焊锡浴的锡液温度应保持在270~300℃,将轴瓦浸入锡液,当轴瓦温度达到锡液温度即可取出。大型轴瓦可采用渡锡法挂锡,先用火焰将轴瓦加热,然后把纯锡或焊锡涂在要挂锡的表面上。 实践证明,在衬背浇铸衬层的表面做出楔形槽不仅无助于衬背与衬层的结合,而切在槽肩部的尖角处,应力集中将导致出现裂纹。 (2)气孔 大型用锡基或铅基轴承合金衬层的轴瓦,浇铸温度过低或衬背预热不充分时,衬背于衬层结合面上将会出现气泡。这些气泡不利于轴瓦表面的散热,也会削弱锡基或铅基轴承合金衬层。浇铸铸造铜基合金时,由于铜合金中的氢被释放出来,将会造成疏松。 (3)晶粒粗大 这是锡基和铅基轴承合金衬层轴瓦特有的问题。在浇铸的轴承合金冷却固化过程中,若冷却速度很慢,则锡锑晶粒的尺寸将超过0.1mm,肉眼即能观察到。这样的金属间的化合物易破碎,碎裂后脱离摩擦表面,成为颗粒进入润滑油循环系统,造成轴承损伤。 (4)铅分布不匀 铜和铅不共溶,故轴瓦采用属铜基轴承合金的铜铅合金时,可能出现铅分布不匀现象。铸造后使铜铅合金迅速冷却能防止铅分布不匀。用粉末冶金的方法制造铜铅合金轴瓦,能彻底解决铜铅合金中铅分布不匀问题。 2.安装与运转因素 (1)对中不良 轴的支承最少需要两个支点,若两个滑动轴承对中不良,同轴度误差大,则载荷在轴瓦宽度上的分布将不均匀,出现边缘接触现象,导致润滑油膜破裂,发生粘着磨损。 (2)轴瓦与轴承座孔配合不当 轴瓦与轴承座孔配合不当,轴瓦可能松动而导致微动磨损。配合松或微动磨损后,对传热不利,可能使轴瓦摩擦表面温度过高。 轴瓦与轴承座配合面不清洁,有颗粒和污物,也将使传导不良。 总之,检查损坏的轴瓦表面,可能提供轴瓦失效的重要信息,所以应认真更不能忘记检查轴瓦背面。 (3)颗粒侵入 颗粒侵入是滑动轴承失效的重要原因,侵入滑动轴承的颗粒有外部来的,也有来自轴承内部的,即轴承本身磨损的产物。外部的颗粒主要通过轴承间隙进入和由润滑油带入,因此,滑动轴承运转环境的清洁程度和密封结构十分重要。 润滑油可以起到清洁的作用,也能把颗粒带入轴承间隙,关键在于其过滤,所以过滤器的选择、使用与维护是极其重要的。 通常轴瓦材料具有一定的嵌藏颗粒的能力,沉积的颗粒超过轴瓦材料的嵌藏能力,则轴承摩擦表面将被研磨、擦伤和磨损,间隙增大,表面变粗糙。根据轴承运转环境,使润滑方法,过滤器精度、密封结构和轴瓦材料相匹配,是滑动轴承设计者必须关注的问题。 只有确定了嵌入轴瓦的颗粒的组成,才能知道它们的来源及确立消除它们的最佳方法和时期。用化学分离技术可以从轴瓦表面分离出嵌入的颗粒。例如:有电沉积铅涂层的轴瓦,可用醋酸和过氧化氢的混合物分离;铝锡合金轴瓦可用氢氧化钠分离;锡锑轴承合金可用醋酸、过氧化氢和氢氧化钠的混合物分离。 (4)腐蚀 润滑油在使用过程中不断氧化,氧化作用的产物是酸性物质,它们对轴承材料有腐蚀作用。 此外,尚有一些特殊的腐蚀形式应予以注意,如:氧对锡锑轴承合金的腐蚀、硫对含银和铜的轴瓦材料的腐蚀、水分对铜铅合金的腐蚀等。 (5)润滑油量不足和粘度改变 滑动轴承中若润滑油量不足将造成灾难性事故。动压轴承,特别是在许多重型设备中的动压轴承,常因启动时缺乏润滑油而导致轴承损伤,故在启动设备时,提前使润滑油循环以提供润滑是十分重要的。 静压轴承的主要优点是能在润滑油膜上启动,故设计采用静压轴承的设备时,必须保证能先启动静压轴承系统,后启动设备。 在发动机中,特别是在发动机轻载运转和冷运转时,燃料常常混入润滑油中。燃料混入后使润滑油粘度下降,降低到某临界值,轴承将出现早期疲劳损坏,降的过低,还会发生灾难性事故。
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